山西煤化所实现电容碳“国产化”

李军

“超级电容器作为一种新型电化学储能器件，因具有功率密度高、循环寿命长、使用温度范围宽、安全可靠、环境友好等特点，在军民市场发展势头十分强劲。”5月31日，记者来到中科院山西煤化所，709课题组长陈成猛对记者说。超级电容器作为高功率电源，已在电磁弹射、激光武器和车辆冷启动等领域实际应用，满足了特种装备对高可靠性电源的需求。在民用领域，超级电容器已广泛应用于轨道交通、电动公交、智能四表、风电和智能电网等新兴市场。

当前，商业化超级电容器主要以双电层电容器为主，其核心电极材料为超级电容多孔炭材料（以下简称“电容炭”）。国内在电容炭方面起步较晚、存在研发投入不足、产学研用脱节、力量分散、大部分工作仍停留在实验室探索阶段的问题。近年来，多家国内企业先后启动了產业化攻关，但与国外行业龙头企业相比，国产炭仍存在产品纯度低、循环稳定性差、批次不稳定和应用适配性差等突出问题。目前，国内电容器企业主要依赖从日本、韩国和美国进口电容炭材料，价格每吨30～80万不等。

对此，中国科学院山西煤炭化学研究所联合山西美锦能源股份有限公司，首次打通了淀粉基电容炭批量化制备路线，解决了淀粉基电容炭中试制备过程中的交联、连续活化、深度纯化和表面脱氧等技术难题，设计并建成10吨级电容炭中试示范线，获得高品质电容炭。通过团队自有平台、第三方、下游客户进行材料物化性能、加工性能和电化学性能的评测优化，最终实现产品定型和工艺固化，形成成熟可靠的材料+应用解决方案，实现与终端用户的无缝对接。完成年产500吨淀粉基电容炭工艺包和年产1000吨项目可研报告的编制，为国内电容炭产业化奠定了坚实的技术基础。并申请中国专利16项，其中发明专利12项，授权发明专利2项，主持制定IEC国际标准2项（IEC/TS62565-5-1、IEC/TS62565-5-2），所开发的产品已在宁波中车、锦州凯美和上海奥威等超级电容器企业试用。

2021年4月18日，该技术通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果评估。评估委员会专家经质询和讨论，一致认为该技术有望解决困扰我国超级电容器行业的瓶颈问题，实现超级电容活性炭的国产化，整体达到了国际先进水平。

目前，一期500吨电容炭产业化项目启动在即，项目完成后，将具备年产500吨电容炭的生产能力。届时将实现电容炭的国产化和进口替代，解决困扰中国超级电容器行业多年的“卡脖子”难题，推动关键核心材料实现进口替代，为国防领域军事装备提供可靠的材料保障，摆脱军用特种电源关键材料受制于人的现状，在保障国防安全的同时，满足下一代武器装备对特种电源和电极材料的要求。